Thumb指令集之： ARM和Thumb的混合編程

在實(shí)現(xiàn)ARM代碼和Thumb代碼轉(zhuǎn)換時(shí)，大部分的ARM指令有等價(jià)的Thumb指令，只有少數(shù)指令沒(méi)有。如加載字節(jié)指令（LDR）不支持自動(dòng)變址，軟中斷指令不能條件執(zhí)行。

在編寫Thumb代碼時(shí)要注意以下幾點(diǎn)。

①匯編器需要知道什么時(shí)候產(chǎn)生ARM代碼、什么時(shí)候產(chǎn)生Thumb代碼，程序中使用CODE32和CODE16偽操作提供給編譯器這些信息。

②由于處理器上電執(zhí)行是在ARM狀態(tài)下完成的，所以要使用Thumb指令必須由ARM指令調(diào)用Thumb指令，這一過(guò)程是通過(guò)“BXLR”指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。需要注意的是，在使用“BXLR”指令前，要對(duì)寄存器LR做正確的初始化。

③在ARM和Thumb混合編程時(shí)，常使用ALIGN偽操作保證內(nèi)存地址對(duì)齊。

11.10.2互交子程序

編寫ARM/Thumb互交代碼時(shí)，下面兩點(diǎn)需要注意。

①對(duì)于C/C++子程序而言，只要在編譯時(shí)指定--apcs/interwork選項(xiàng)，匯編器會(huì)生成合適的返回代碼，使得程序返回到和調(diào)用程序相同的狀態(tài)。

②在匯編語(yǔ)言子程序中，用戶必須自己編寫相應(yīng)的返回代碼，使得程序返回到和調(diào)用程序相同的狀態(tài)。

如果目標(biāo)代碼包含以下內(nèi)容，應(yīng)該在編譯或匯編時(shí)使用--apcs/interwork選項(xiàng)使處理器能夠在ARM和Thumb代碼間進(jìn)行正確的切換，這種情況包含以下4種。

①需要返回到ARM狀態(tài)的Thumb子程序。

②需要返回到Thumb狀態(tài)的ARM子程序。

③間接調(diào)用ARM子程序的Thumb子程序。

④間接調(diào)用Thumb子程序的ARM子程序。

如果在程序連接階段，連接器發(fā)現(xiàn)ARM子程序和Thumb子程序間存在相互調(diào)用，而源文件在編譯時(shí)沒(méi)有使用--apcs/interwork選項(xiàng)，則連接器將報(bào)告以下錯(cuò)誤。

Error:L6239E:CannotcallARMsymbol'arm_function'innon-interworkingobject

armsub.ofromTHUMBcodeinthumbmain.o(.text)

其中，“arm_function”為需要進(jìn)行狀態(tài)切換的子程序名。

在這種情況下，用戶必須使用--apcs/interwork選項(xiàng)重新對(duì)源文件進(jìn)行編譯。

但在下面兩種情況下，不必指定--apcs/interwork選項(xiàng)。

①在Thumb狀態(tài)下，發(fā)生異常中斷時(shí)，處理器自動(dòng)切換到ARM狀態(tài)，這時(shí)不需要添加狀態(tài)切換代碼。

②當(dāng)異常發(fā)生在Thumb狀態(tài)時(shí)，從異常返回不需要添加狀態(tài)切換的Veneer代碼。

1．使用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)互交

對(duì)于匯編程序來(lái)說(shuō)，可以有兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)程序狀態(tài)的切換。第一種方法是利用連接器提供的交互子程序Veneer來(lái)實(shí)現(xiàn)程序狀態(tài)的切換，這時(shí)用戶可以使用指令BL來(lái)調(diào)用子程序；另一種方法是用戶自己編寫狀態(tài)切換的程序。

在ARMv4版本及其以前的版本中，可以使用BX指令實(shí)現(xiàn)程序狀態(tài)的切換。

從ARMv5版本開始，下面的指令也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的狀態(tài)切換。

·BX（BranchandeXchange）

·BLX、LDR、LDM和POP

下面的兩個(gè)偽操作用來(lái)區(qū)分源程序中的ARM代碼和Thumb代碼。

·CODE16

·CODE32

下面簡(jiǎn)單介紹用于狀態(tài)切換的指令和偽操作，更詳細(xì)的信息請(qǐng)分別參見相關(guān)章節(jié)。

（1）BX指令

ARM狀態(tài)下的BX指令，使程序跳轉(zhuǎn)到指令中指定的參數(shù)Rm指定的地址執(zhí)行程序，Rm的第0位拷貝到CPSR中T位，位[31∶1]移入PC。若Rm的bit[0]為1，則跳轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)將CPSR中的標(biāo)志位T置位，即把目標(biāo)地址的代碼解釋為Thumb代碼；若Rm的位bit[0]為0，則跳轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)將CPSR中的標(biāo)志位T復(fù)位，即把目標(biāo)地址代碼解釋為ARM代碼。指令的語(yǔ)法格式如下。

BX{cond>}Rm>

①cond>

為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

②Rm>

包含跳轉(zhuǎn)指令的目標(biāo)地址。如果Rm的bit[0]=0，目標(biāo)地址處指令為ARM指令；如果Rm的bit[0]=1，目標(biāo)地址處指令為Thumb指令。

指令操作的偽代碼。

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

IfconditionPassed{cond}then

TFlag=Rm[0]

PC=RmAND0xfffffffe

Thumb狀態(tài)下的BX指令，用于ARM和Thumb代碼間的相互調(diào)用。

指令的語(yǔ)法格式。

BXRm>

其中Rm>為目標(biāo)地址寄存器，包含程序的跳轉(zhuǎn)地址。BX指令的目標(biāo)地址寄存器可以是r0～r15中的任意寄存器。